بخشی از مقاله
چکیده
خصوصیات خاك رسبه طور مستقیم با کانی ها و ترکیب شیمیایی رس، بافت و ساختار ذرات و تاثیر شرایط محیطی در ارتباط است. تاثیر شرایط محیطی و مقدار آب موجود در خاك هاي رس همیشه به عنوان یکی از مسائل موثر بر خصوصیات مهندسی رس مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این تحقیق تاثیر شرایط محیطی برروي مقاومت رس با درصد رطوبت مختلف بررسی شده است. براي این منظور درصد رطوبت در شرایط محیطی مختلف به عنوان متغیر در نظر گرفته شده است.
نتایج این تحقیق نشان داد که با تغییر شرایط محیطی - خشک کردن نمونه - مقدار مقاومت فشاري محصور° نشده خاك رس به طور قابل ملاحظه اي افزایش خواهد یافت. همچنین با قرار دادن نمونه هاي خاك رس با درصد رطوبت مشخص در دماي -18 به مدت 24ساعت، و سپس انجام آزمایش تک محوري بر روي نمونه ها، مقاومت هر کدام از آنها اندازه گیري شد. در انتها مقاومت خاك رس تحت شرایط محیطی مختلف - مرطوب، خشک و یخ - به عنوان هدف این تحقیق با یکدیگر مقایسه خواهند شد. نتایج نشان داد که با تغییر
شرایط محیطی براي یک رس مشخص با مقدار وزن مخصوص معین، مقاومت آن متناسب با شرایط به طور قابل ملاحظه اي تغییر خواهد کرد.
.1 مقدمه
خصوصیات خاك رس به طور مستقیم با کانی ها و ترکیب شیمیایی رس، بافت و ساختار ذرات و تاثیر شرایط محیطی در ارتباط است. در علم مکانیک خاك، رفتار خاك رس در شرایط محیطی و در درصد رطوبت مختلف حائز اهمیت است. مهندسان ژئوتکنیک به طور ویژه اي با توجه به این فاکتور ها به محاسبات و پیش بینی هاي مهندسی در حوضه ي علم مکانیک خاك می پردازند.
به همین جهت شناخت کامل از رفتار خاك رس در مقابل شرایط محیطی و درصد رطوبت مختلف به یکی از مباحث مهم در علم مکانیک خاك بدل گشته است. همچنین با توجه به وجود اقلیم هاي مختلف در جهان، نتایج حاصل از مطالعه رفتار خاك رس در شرایط محیطی مختلف میتواند مفید باشد. منظور از رفتار، بررسی مقاومت برشی و تغییر شکل ایجاد شده در نمونه هاي رس میباشد.
مطالعه رفتار و خصوصیات مختلف رس در شرای ط محیطی مختلف، یکی از موضوعات مورد بحث محققان بوده است. Abdullah W. S. - 1999 - در تحقیقات خود نشان داد که هرچه قدر ذرات رس کوچکتر باشند، واکن ش رس به شرایط محیطی بیشتر میشود.
رفتار خاك منبسط شونده را در خلل خشک و مرطوب کردن متوالی خاك با کنترل مکش مورد مطالعه قرار دادند. Tripathy et al - 2002 - تاثیر شرایط محیطی، خشک شدن و یخ زدن را برروي نسبت تخلخل و درصد رطوبت خاك مورد مطالعه قرار داد. Cernica - 1995 - گزارش داده است که مقاومت خاك ها از درصد رطوبت، فشار منفذي، ساختار ذرات خاك، تغییرات سطح آب زیر زمینی، تاریخچه تنش خاك، زمان، فعل و انفعالات شیمیایی و شرایط محیطی تاثیر پذیر است. رفتار هیدرو استاتیکی خاك هاي متراکم شده مجاور گرما، مورد مطالعه تعدادي از محققان ازجمله:
Cuisinier and Masrouri - 2005 - Tang et al. - 2008 - , Wang et al. - 2013 - بوده است. این محققان نتیجه گرفتند که خشک شدن نمونه هاي مرطوب خاك رس تاثیر قابل توجهی در رفتار مکانیکی آن ها دارد.
یکی از روش هاي معمول براي اندازه گیري پارامترهاي مقاومت برشی در مکانیک خاك استفاده از نتایج آزمایشگاهی میباشد. براي رسیدن به اهداف این تحقیق از آزمایش تک محوري استفاده خواهد شد. در این مقاله شرایط محیطی و درصد رطوبت به عنوان یکی از متغیر هاي تاثیر گذار در مقاومت خاك رس مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
.2 تحقیقات آزمایشگاهی
.1 . 2 خصوصیات خاك رس
در این تحقیق از خاك رس مطابق - جدول - 1، استفاده شده است. خاك رس در درصد رطوبت هاي مختلف - %5، 10%، 15%، 20%، - 25% مورد آزمایش قرار میگیرد.
جدول -1 خصوصیات خاك رس
.2. 2 وسایل آزمایش
به منظور انجام آزمایش ف شاري مح صور ن شده برروي نمونه±هاي رس، از د ستگاه تک محوري مطابق ا ستاندارد - - ASTM D 2166-66 ا ستفاده گردید. براي خشک کردن نمونه از گرمخانه با دماي - - 5 110 استفاده شده است. براي این کار ابتدا نمونه ي مورد نظر از خاك رس با درصد رطوبت مشخص ساخته میشود°و سپس نمونه ساخته شده براي شبیه سازي شرایط خشک، درون گرمخانه قرار میگیرد. همچنین براي اعمال شرایط یخ بندان، از یک فریزر با دماي - - - 18 استفاده شده است. براي این کار نمونه با درصد رطوبت مشخص ساخته شده و سپس درون فریزر قرار میگیرد.
.2. 3 برنامه آزمایش
به طور کلی در این تحقیق 15 آزمایش فشاري محصور نشده برروي نمونه هاي خاك رس انجام شده است.همچنین آزمایش هاي اضافه به منظور حصول اطمینان از صحت نتایج به تعداد کافی انجام شد که نتایج تاییدي بر صحت آزمایشات است. این نمونه ها با ابعاد 90mm ارتفاع و 39mm قطر به صورت استوانه اي ساخته میشوند. در این بین براي هر درصد رطوبت مشخص سه نمونه ساخته شده است.
از این سه نمونه ي استوانه اي یک نمونه بلافاصله بعد از ساخت مورد آزمایش قرار میگیرد و نتیجه آن ثبت میشود - نمونه مرطوب - . دو نمونه استوانه اي دیگر، یکی بلافاص له به گرمخانه منتقل میشود و به مدت 24ساعت درآن نگهداري میشود، با این کار نمونه به طور کامل آب موجود در ساختار خود را از دست داده و تحت شرایط خشک قرار میگیرد. بعد از 24 ساعت آزمایش مشابه تک محوري بر روي نمونه استوانه اي خشک صورت میگیرد و نتایج آن ثبت میشود - نمونه خشک - .
نمونه ي دیگر، بلافاصله با تدبیر شرایط ویژه به فریزر برده میشود . این نمونه بعد از ساخت سریعا با پوشش پلاستیکی محافظت شده تا تغییر رطوبت در نمونه به وجود نیاید. بعد از 24 ساعت که آب موجود در نمونه به طور کامل منجمد شد، نمونه سریعا مورد آزمایش قرار میگیرد - نمونه یخ - . تعریف اصطلاحات نمونه مرطوب، نمونه خشک و نمونه یخ بدین شرح است؛ .1نمونه مرطوب: نمونه استوانه اي آزمایش شده بلافاصله بعد از ساخت بدون از دست دادن رطوبت. . 2 نمونه خشک: نمونه استوانه اي آزمایش شده بعد از قرار گرفتن در گرمخانه و از دست دادن کامل آب موجود در ساختار رس. .3 نمونه یخ: نمونه آزمایش شده بعد از قرار گرفتن در فریزر و انجماد آب موجود در ساختار رس.
.2 . 4 ساخت نمونه خاك رس
در مقاله حاضر براي انجام آزمایش ها، از سه نمونه ي استوانه اي به ابعاد 90mm ارتفاع و 39mm قطر براي هر درصد رطوبت مشخص استفاده شد. براي ساخت نمونه ها مقداري خاك خشک شده به همراه مقدار معین آب - با توجه به وزن خاك - در یک کیسه به مدت24ساعت قرار میگیرند تا خاك با درصد رطوبت مورد نظر بدست آید.
حال از هر خاك با درصد رطوبت مشخص سه نمونه استوانه اي با توجه به وزن مخصوص مرطوب مشخص ساخته میشود. در اثناي ساخت نمونه ها،براي جلوگیري از چسبیدن خاك رس مرطوب به جداره هاي داخلی وسیله ساخت نمونه، جداره ها با یک لایه ي بسیار نازك روغن پوشانده میشوند. سپس با استفاده از خاك مرطوب درون پلاستیک، هر نمونه در سه لایه به گونه اي ساخته میشود که نمونه ها کاملا همگن شده و به تراکم مورد نظر برسند. از این سه نمونه یکی را در گرمخانه - نمونه خشک - ، یکی را در فریزر - نمونه یخ - و یکی بلافاصله بعد از ساخت مورد آزمایش قرار داده میشود.
.3 روند آزمایش
روند آزمایش شامل اعمال بار و تعیین بار-جابجایی براي نمونه استوانه اي در حالات محیطی و درصد رطوبت مختلف میشود. بعد از ساخت نمونه استوانه اي، نمونه ها به وسیله ي دستگاه تک محوري و اعمال جابجایی ثابت 1mm/min آزمایش میشوند. این آزمایش به صورت کرنش کنترل انجام میشود.
.4 نتایج و بحث
.4 .1 مکانیزم گسیختگی
به طور معمول در آزمایش تک محوري سه شاخص براي و ضعیت گ سیختگی وجود دارد:-1 به ازاي سه تغییر مکان متوالی، نیرو یک سان با شد. -2 با افزایش نیرو تا یک حد م شخص و سپس بازگ شت ناگهانی نیرو با افزایش جابجایی. -3 کرنش بیش از %15 شود. در این تحقیق با م شاهده هر یک از حالات بالا، آزمایش برروي آن نمونه تمام خواهد شد.
همچنین در خاك هاي با درصد رطوبت کم و یا خاك رس خشک شده در گرمخانه - شرایط محیطی - ، گسیختگی به صورت ترد وبا زاویه انجام میگیرد، در حالی که در نمونه هاي با درصد رطوبت بالا، نمونه مورد نظر در گسیختگی به صورت شکم داده در می آید.
شکل -2 نحوه گسیختگی نمونه هاي خاك رس در درصد رطوبت هاي مختلف
